CH621365A5

CH621365A5 - Process for refining magnesium, copper, zinc, tin and lead

Info

Publication number: CH621365A5
Application number: CH747477A
Authority: CH
Inventors: Andrew Geza Szekely
Original assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1976-06-18
Filing date: 1977-06-17
Publication date: 1981-01-30
Also published as: MX146591A; FR2355079B1; AU2618577A; CS212305B2; JPS52156105A; AU506332B2; IN146956B; SE7706137L; BR7703792A; DE2727142A1; YU148677A; GB1587662A; RO75207A; IT1078941B; FR2355079A1; CA1095732A; NO772138L; ES459881A1

Description

L'invention concerne un procédé d'affinage qui retire efficacement les gaz dissous et les impuretés non métalliques du métal, sans dégagement de vapeurs et de fumées corrosives ou nuisibles pour l'environnement. The invention relates to a refining process which efficiently removes dissolved gases and non-metallic impurities from the metal, without the release of corrosive or environmentally harmful vapors and fumes.

Le procédé selon l'invention, pour l'affinage d'un métal fondu choisi parmi le magnésium, le cuivre, le zinc, Fétain et le plomb, est défini dans la revendication 1. The method according to the invention, for refining a molten metal chosen from magnesium, copper, zinc, tin and lead, is defined in claim 1.

L'expression «gaz d'affinage» utilisée dans le présent mémoire s'applique à des gaz qu'on utilise couramment pour l'affinage du magnésium, du cuivre, du zinc, de Fétain et du plomb. La caractéristique commune de ces gaz d'affinage est qu'ils sont inertes vis-à-vis du métal fondu affiné. L'argon et l'azote ou leurs mélanges sont avantageux bien que d'autres gaz inertes tels que les gaz rares, conviennent selon l'invention. D'autres gaz utiles d'affinage sont l'hydrogène et l'oxyde de carbone ou leurs mélanges mutuels ou avec des gaz rares. Il faut noter que l'hydrogène et l'oxyde de carbone conviennent lorsqu'ils ne réagissent pas avec le métal fondu mais réagissent avec les impuretés gazeuses telles que l'oxygène. D'autres gaz réactifs ayant des caractéristiques analogues conviennent aussi, notamment l'hexafluorure de soufre, le chlore et des hydrocarbures halogénés. La sélection du gaz particulier d'affinage dépend en général des caractéristiques du métal particulier affiné. The term "refining gas" used in this specification applies to gases commonly used for the refining of magnesium, copper, zinc, tin and lead. The common characteristic of these refining gases is that they are inert with respect to the refined molten metal. Argon and nitrogen or their mixtures are advantageous although other inert gases such as rare gases are suitable according to the invention. Other useful refining gases are hydrogen and carbon monoxide or mixtures thereof or with rare gases. It should be noted that hydrogen and carbon monoxide are suitable when they do not react with the molten metal but react with gaseous impurities such as oxygen. Other reactive gases having similar characteristics are also suitable, in particular sulfur hexafluoride, chlorine and halogenated hydrocarbons. The selection of the particular refining gas generally depends on the characteristics of the particular refined metal.

Le métal peut être un métal pur ou un alliage. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins sur lesquels : The metal can be a pure metal or an alloy. The characteristics and advantages of the invention will emerge more clearly from the description which follows, given with reference to the drawings in which:

la fig. 1 est une perspective d'un dispositif d'injection de gaz utilisé pour la mise en œuvre du procédé de l'invention; fig. 1 is a perspective of a gas injection device used for implementing the method of the invention;

la fig. 2 est ime coupe du dispositif représenté sur la fig. 1 ; la fig. 3 est une coupe schématique d'une installation destinée à l'affinage d'un courant de métal au cours d'une opération continue selon l'invention, et les fig. 4 et 5 représentent, en coupe transversale et en plan, un autre mode de réalisation avantageux d'appareil d'affinage d'un métal fondu, selon le procédé de l'invention. fig. 2 is a section of the device shown in FIG. 1; fig. 3 is a schematic section of an installation intended for refining a stream of metal during a continuous operation according to the invention, and FIGS. 4 and 5 show, in cross section and in plan, another advantageous embodiment of a device for refining a molten metal, according to the method of the invention.

Le dispositif d'injection de gaz avantageusement utilisé pour la mise en œuvre du procédé de l'invention permet l'introduction du gaz dans le métal fondu avec un débit élevé et sous forme de bulles séparées de gaz, si bien que ce dernier est bien dispersé dans la matière fondue. Lorsqu'il fonctionne, le dispositif provoque la formation dans le métal d'un dessin de circulation voisin du dispositif tel que les bulles de gaz qui sont formées sont entraînées radialement vers l'extérieur, avec une composante descendante par rapport à l'axe vertical du dispositif d'injection. De tels dessins de circulation possèdent plusieurs avantages. D'abord, l'ensemble de la matière fondue subit une agitation pratiquement verticale et forme ainsi un courant dirigé vers le bas le long du dispositif, et cette caractéristique, combinée à la présence d'ailettes de mise en rotation, provoque une subdivision du gaz en petites bulles séparées. Ensuite, le transport rapide des bulles loin de leur point d'introduction dans la matière fondue empêche la s The gas injection device advantageously used for implementing the method of the invention allows the introduction of the gas into the molten metal with a high flow rate and in the form of separate bubbles of gas, so that the latter is indeed dispersed in the melt. When in operation, the device causes the formation in metal of a circulation pattern close to the device such that the gas bubbles which are formed are driven radially outwards, with a component descending relative to the vertical axis of the injection device. Such traffic patterns have several advantages. First, the whole of the molten material undergoes a practically vertical agitation and thus forms a current directed downward along the device, and this characteristic, combined with the presence of rotation fins, causes a subdivision of the gas in small separate bubbles. Then, the rapid transport of the bubbles away from their point of introduction into the molten material prevents the s

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coalescence des bulles dans la zone dans laquelle leur concentration est la plus grande. Enfin, le temps de séjour des bulles de gaz bien dispersées dans la matière fondue est prolongé car les bulles ne s'élèvent pas vers la surface immédiatement après leur formation, sous l'influence des forces de gravité. coalescence of bubbles in the area in which their concentration is greatest. Finally, the residence time of the gas bubbles well dispersed in the molten material is extended because the bubbles do not rise towards the surface immediately after their formation, under the influence of the forces of gravity.

Un autre facteur qui contribue à rendre maximale la subdivision du gaz en petites bulles donc à la détermination d'interface métal-gaz de grande surface, est le préchauffage du gaz avant son introduction dans la matière fondue. Ce préchauffage est avantageusement réalisé par circulation des gaz dans un passage disposé le long du dispositif qui est immergé dans le métal fondu et chaud. Ainsi, le gaz initialement froid se préchauffe au contact des parois conductrices de la chaleur et chaudes qui délimitent le passage de circulation du gaz si bien que ce dernier se dilate avant sa subdivision en petites bulles. En conséquence, le nombre de bulles formées pour un volume donné de gaz augmente beaucoup et la croissance thermique des petites bulles de gaz dans la matière est pratiquement supprimée. Another factor which contributes to maximizing the subdivision of the gas into small bubbles, therefore to the determination of a large surface metal-gas interface, is the preheating of the gas before it is introduced into the molten material. This preheating is advantageously carried out by circulation of the gases in a passage arranged along the device which is immersed in the molten and hot metal. Thus, the initially cold gas preheats on contact with the heat conducting and hot walls which delimit the gas circulation passage so that the latter expands before its subdivision into small bubbles. As a result, the number of bubbles formed for a given volume of gas greatly increases and the thermal growth of small gas bubbles in the material is practically suppressed.

Le dispositif d'injection, lorsqu'il est utilisé pour l'introduction d'un gaz d'affinage dans le métal fondu, provoque une augmentation imprévue du rendement de l'opération d'affinage. Non seulement le métal peut être dégazé avec des débits très élevés, mais encore l'agitation vigoureuse produite par le dispositif combiné à la grande surface de contact gaz-métal des bulles de gaz bien réparties assure un retrait efficace des impuretés particu-laires solides en suspension dans la matière fondue. The injection device, when used for the introduction of a refining gas into the molten metal, causes an unexpected increase in the efficiency of the refining operation. Not only can the metal be degassed with very high flow rates, but also the vigorous agitation produced by the device combined with the large gas-metal contact surface of the well distributed gas bubbles ensures effective removal of the particulate impurities solid in suspension in the melt.

Comme indiqué sur les fig. 1 et 2, le dispositif d'injection de gaz comprend un rotor 1 qui comporte des ailettes verticales 2 et qui est entraîné en rotation par un moteur, par exemple pneumatique ou électrique (non représenté) par l'intermédiaire d'un arbre 3. Celui-ci n'est pas au contact du métal fondu lors du fonctionnement normal, et il peut être formé d'acier, bien que le reste de l'appareil soit de préférence formé d'une matière réfrac-taire, par exemple de carbure de silicium ou de graphite disponible dans le commerce, ces matières étant inertes vis-à-vis du métal aux températures utilisées. L'arbre 3 est protégé contre le métal fondu par un manchon 4 qui est fixé au stator 5. Les faces internes 6 et 7 en butée du manchon 4 et du stator 5 et les faces externes 8 et 9 en butée de l'arbre 3 et du rotor 1 délimitent un passage axial annulaire 10 destiné à la circulation du gaz à injecter. As shown in fig. 1 and 2, the gas injection device comprises a rotor 1 which has vertical fins 2 and which is rotated by a motor, for example pneumatic or electric (not shown) via a shaft 3. This is not in contact with the molten metal during normal operation, and it can be formed of steel, although the rest of the device is preferably formed of a refractory material, for example carbide commercially available silicon or graphite, these materials being inert with respect to the metal at the temperatures used. The shaft 3 is protected against molten metal by a sleeve 4 which is fixed to the stator 5. The internal faces 6 and 7 in abutment of the sleeve 4 and the stator 5 and the external faces 8 and 9 in abutment of the shaft 3 and of the rotor 1 define an annular axial passage 10 intended for the circulation of the gas to be injected.

Plusieurs canaux verticaux 11 sont usinés dans le stator 5. La combinaison du stator 5 et du rotor 1, lors du fonctionnement, provoque la formation d'un dessin supérieur et d'un dessin inférieur de circulation de métal fondu autour du dispositif d'injection comme indiqué de façon générale par les flèches 13 et 12 respectivement. Plus précisément, le dessin supérieur 13 a une vitesse dirigée essentiellement vers le bas, c'est-à-dire coaxiale à l'axe de rotation du rotor 1, si bien que le métal fondu est chassé dans les canaux 11 du stator 5 ; le dessin inférieur qui est plus localisé, comme indiqué par les flèches 12, se forme au-dessous du rotor 1 et est dirigé pratiquement vers le haut et perpendiculairement à l'axe de rotation du rotor 1. Le courant résultant est indiqué par les flèches 14 qui indiquent que le métal fondu est rejeté par les ailettes rotatives 2 en direction radiale et vers le bas à partir du rotor 1. Le dessin résultant de circulation assure une dispersion uniforme et bien répartie du gaz et une agitation poussée du métal fondu dans le récipient de traitement. Several vertical channels 11 are machined in the stator 5. The combination of the stator 5 and the rotor 1, during operation, causes the formation of an upper pattern and a lower pattern of circulation of molten metal around the injection device. as generally indicated by arrows 13 and 12 respectively. More specifically, the upper drawing 13 has a speed directed essentially downwards, that is to say coaxial with the axis of rotation of the rotor 1, so that the molten metal is expelled into the channels 11 of the stator 5; the lower pattern which is more localized, as indicated by the arrows 12, forms below the rotor 1 and is directed practically upward and perpendicular to the axis of rotation of the rotor 1. The resulting current is indicated by the arrows 14 which indicate that the molten metal is rejected by the rotary fins 2 in the radial direction and downwards from the rotor 1. The resulting pattern of circulation ensures a uniform and well distributed dispersion of the gas and a thorough agitation of the molten metal in the treatment container.

Un gaz d'affinage, indiqué par la flèche 15, pénètre dans le passage annulaire 10 avec une pression et un débit prédéterminés. Ce gaz remplit la poche 16 en forme de cloche qui prolonge le passage 10 entourant le col 17 du rotor 1. Comme le gaz parvient à une pression supérieure à celle qui existe dans le métal fondu à la hauteur indiquée par la flèche 18, la poche 16 de gaz empêche la pénétration du métal fondu par le passage de circulation du gaz et empêche aussi son contact avec l'arbre métallique 3 de l'injec-teur. Le col 17 entoure l'arbre 3 et est formé d'une matière qui résiste au métal fondu afin qu'il protège l'arbre 3 contre l'attaque par ce métal. Comme indiqué sur la fig. 2, le couple transmis par l'arbre 3 parvient au rotor 1 par l'intermédiaire d'une pièce transversale 21 munie d'ailettes qui est vissée sur l'arbre 3. Cette pièce est disposée lors du montage dans une cavité 23 du rotor 1, avec une configuration correspondant à celle de la pièce 21. Ensuite, la cavité 23 est fermée de manière étanche par vissage et collage du col 17 dans la partie filetée 24 du rotor 1. A refining gas, indicated by arrow 15, enters the annular passage 10 with a predetermined pressure and flow. This gas fills the bell-shaped pocket 16 which extends the passage 10 surrounding the neck 17 of the rotor 1. As the gas reaches a pressure greater than that which exists in the molten metal at the height indicated by the arrow 18, the pocket 16 of gas prevents the penetration of the molten metal by the gas circulation passage and also prevents its contact with the metal shaft 3 of the injector. The neck 17 surrounds the shaft 3 and is formed of a material which resists molten metal so that it protects the shaft 3 against attack by this metal. As shown in fig. 2, the torque transmitted by the shaft 3 reaches the rotor 1 by means of a transverse part 21 provided with fins which is screwed onto the shaft 3. This part is arranged during mounting in a cavity 23 of the rotor 1, with a configuration corresponding to that of the part 21. Next, the cavity 23 is closed in a leaktight manner by screwing and bonding of the neck 17 in the threaded part 24 of the rotor 1.

L'introduction du gaz 15 d'affinage dans le passage annulaire 10 n'est pas obligatoirement la seule injection de gaz. Dans un autre mode de réalisation, l'arbre peut être creux et peut comporter un passage axial 19, avec plusieurs trous 20 qui assurent la communication entre le passage 10 et la poche 16. Ainsi, le gaz (comme indiqué par les flèches 15 et 25) peut circuler dans l'un des passages 10 et 19 ou dans les deux. The introduction of the refining gas 15 into the annular passage 10 is not necessarily the only injection of gas. In another embodiment, the shaft may be hollow and may include an axial passage 19, with several holes 20 which ensure communication between the passage 10 and the pocket 16. Thus, the gas (as indicated by the arrows 15 and 25) can circulate in one of passages 10 and 19 or in both.

Il est important que le gaz froid (indiqué par les flèches 15 et 25) pénétrant dans l'injecteur soit préchauffé dans le passage 10 ou 19 et la poche 16 par contact avec le manchon 4 et l'arbre 3 qui sont essentiellement à la température de la matière fondue. Le gaz préchauffé est chassé entre les ailettes du rotor 1 et se dépare en petites bulles séparées par collision avec les ailettes 2 et sous l'action du courant de métal qui balaie les ailettes. La circulation forcée du métal autour du dispositif d'injection disperse rapidement les bulles dès leur formation, en direction correspondant pratiquement au vecteur vitesse principale indiqué par les flèches 14. La trajectoire initiale des bulles correspond aux flèches 14 jusqu'à ce que les forces d'Archimède provoquent une remontée des bulles vers la surface de la matière fondue. It is important that the cold gas (indicated by arrows 15 and 25) entering the injector is preheated in passage 10 or 19 and the bag 16 by contact with the sleeve 4 and the shaft 3 which are essentially at temperature melted material. The preheated gas is expelled between the fins of the rotor 1 and separates into small bubbles separated by collision with the fins 2 and under the action of the current of metal which sweeps the fins. The forced circulation of the metal around the injection device rapidly disperses the bubbles as soon as they form, in a direction corresponding practically to the main speed vector indicated by the arrows 14. The initial trajectory of the bubbles corresponds to the arrows 14 until the forces d 'Archimedes cause bubbles to rise to the surface of the melt.

Les effets avantageux de la circulation forcée du métal autour du dispositif d'injection sont les suivants : The advantageous effects of forced metal circulation around the injection device are as follows:

1. Les petites bulles de gaz sont formées par un mécanisme efficace. 1. Small gas bubbles are formed by an efficient mechanism.

2. Les bulles ne peuvent pas se rassembler par coalescence car elles sont dispersées presque dès leur formation. 2. The bubbles cannot coalesce because they are dispersed almost as soon as they form.

3. Le métal circule efficacement. 3. The metal circulates efficiently.

4. Les bulles de gaz ont un temps de séjour prolongé dans la matière fondue, supérieur au temps pendant lequel elles resteraient dans la matière fondue sous l'action des seules forces de gravité. 4. The gas bubbles have an extended residence time in the molten material, greater than the time during which they would remain in the molten material under the action of gravity alone.

Le procédé de l'invention peut être mis en œuvre au cours d'opérations continues ou discontinues, par utilisation d'un appareil d'affinage du type représenté sur la fig. 3. Cet appareil comprend une enveloppe 31 en fonte maintenue à la température de travail par un dispositif classique de chauffage qui peut être disposé dans un puits 32, et il est isolé contre les pertes de chaleur par une enveloppe réfractaire externe 33. La face interne de l'enveloppe 31 est revêtue de graphite 34 ou d'une autre matière réfractaire inerte vis-à-vis du métal fondu et des impuretés non métalliques qui peuvent être présentes. L'enveloppe 31 a un couvercle 36 qui repose sur une bride 39. Un joint hermétique est formé entre la bride 39 et le couvercle 36 qui peut être boulonné ou fixé d'une autre manière si bien que l'appareil peut fonctionner sans infiltration d'air. Un dispositif 35 d'injection de gaz, par exemple du type représenté sur la fig. 1, est fixé au couvercle 36 qui le porte. The method of the invention can be implemented during continuous or discontinuous operations, by using a refining device of the type shown in FIG. 3. This device comprises a casing 31 made of cast iron maintained at working temperature by a conventional heating device which can be placed in a well 32, and it is insulated against heat loss by an external refractory casing 33. The internal face of the casing 31 is coated with graphite 34 or another refractory material inert with respect to the molten metal and non-metallic impurities which may be present. The casing 31 has a cover 36 which rests on a flange 39. A hermetic seal is formed between the flange 39 and the cover 36 which can be bolted or otherwise fixed so that the apparatus can operate without infiltration d 'air. A gas injection device 35, for example of the type shown in FIG. 1, is fixed to the cover 36 which carries it.

Le gaz d'affinage (indiqué par la référence 37) est injecté dans le métal fondu 38 par l'injecteur 35. Après passage dans le métal fondu, le gaz se rassemble dans l'espace mort 43 et forme une protection de gaz inerte au-dessus de la matière fondue, puis s'échappe par le canal 40 d'entrée de métal, à contre-courant de ce dernier qui est introduit. La section de passage des gaz, donc la pression dans l'installation, est réglée par un registre 49 placé dans le canal 40. La très légère surpression de gaz inerte dans l'espace 43 empêche l'entrée de l'air dans l'enceinte. The refining gas (indicated by the reference 37) is injected into the molten metal 38 by the injector 35. After passing through the molten metal, the gas collects in the dead space 43 and forms an inert gas protection at the -above the molten material, then escapes through the metal inlet channel 40, against the current of the latter which is introduced. The gas passage section, therefore the pressure in the installation, is regulated by a register 49 placed in the channel 40. The very slight overpressure of inert gas in the space 43 prevents the entry of air into the pregnant.

Le métal 38 pénètre dans l'appareil d'affinage par le canal 40 d'entrée. Dans l'enceinte, le métal 38 subit un barbotage sous l'action des petites bulles uniformément réparties de gaz inerte et il est agité lors de la rotation de l'injecteur 35. Les gaz dissous dans la matière fondue diffusent dans les bulles de gaz inerte et The metal 38 enters the refining apparatus through the inlet channel 40. In the enclosure, the metal 38 undergoes bubbling under the action of small uniformly distributed bubbles of inert gas and it is agitated during the rotation of the injector 35. The gases dissolved in the molten material diffuse in the gas bubbles inert and

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sont entraînés par celles-ci lorsqu'elles remontent dans la matière fondue vers la surface 42. La surface élevée présentée par les bulles finement dispersées assure aussi le transport efficace des particules non métalliques en suspension vers la couche 48 de laitier qui est à la surface 42 de la matière fondue, les impuretés pouvant alors être retirées par écumage. Le dessin global principal de circulation, créé dans le métal fondu, est indiqué schématique-ment par les flèches 50. C'est ce dessin induit de circulation de métal, dans l'enceinte, qui assure le contact continu entre le métal neuf et les bulles de gaz qui sont rejetées à partir de l'espace délimité entre le rotor et le stator dans le dispositif d'injection. are entrained by them when they rise in the molten material towards the surface 42. The high surface presented by the finely dispersed bubbles also ensures the efficient transport of the non-metallic particles in suspension towards the layer 48 of slag which is on the surface 42 of the molten material, the impurities then being able to be removed by skimming. The main overall circulation pattern, created in the molten metal, is indicated schematically by the arrows 50. It is this induced pattern of metal circulation, in the enclosure, which ensures continuous contact between the new metal and the gas bubbles which are released from the space defined between the rotor and the stator in the injection device.

Le métal fondu affiné quitte l'enceinte par le canal 44 d'évacuation placé au-dessous de la surface 42 dans la paroi 45. Le métal passe alors dans un puits 46 et s'échappe par une rigole 47 de sortie vers un poste de coulée. Le puits 46 peut comprendre une matière classique de filtration telle que des morceaux d'une matière solide réfractaire ou de graphite. The refined molten metal leaves the enclosure by the evacuation channel 44 placed below the surface 42 in the wall 45. The metal then passes through a well 46 and escapes through a channel 47 of exit towards a station of casting. The well 46 may include a conventional filtration material such as pieces of a refractory solid or graphite.

L'écumage de la surface 42 peut être réalisé par un dispositif incorporé lors de la construction de l'enceinte ou par arrêt de la circulation du métal transmis au récipient d'affinage avec maintien du courant de gaz inerte 37 circulant dans l'injecteur 35, si bien que la couche 48 de laitier est repoussée dans la rigole 40 à partir de laquelle elle peut être retirée par un dispositif mécanique. Dans une variante, la surface 42 peut être écumée par un outil à main introduit dans l'enveloppe 31 par la rigole 40 d'entrée ou par un orifice non représenté formé dans le couvercle 36. The skimming of the surface 42 can be achieved by a device incorporated during the construction of the enclosure or by stopping the circulation of the metal transmitted to the refining container with maintenance of the current of inert gas 37 circulating in the injector 35 , so that the layer 48 of slag is pushed back into the channel 40 from which it can be removed by a mechanical device. In a variant, the surface 42 can be skimmed by a hand tool introduced into the envelope 31 by the inlet channel 40 or by an orifice not shown formed in the cover 36.

L'opération d'affinage n'est pas obligatoirement réalisée dans une seule zone d'affinage du type représenté sur la fig. 3, et le récipient peut contenir plusieurs compartiments ou zones individuels d'affinage permettant la circulation en série du métal fondu. Les fig. 4 et 5 représentent une telle variante. The refining operation is not necessarily carried out in a single refining zone of the type shown in FIG. 3, and the container may contain several compartments or individual refining zones allowing the molten metal to circulate in series. Figs. 4 and 5 represent such a variant.

Le récipient ou enceinte 55 d'affinage des fig. 4 et 5 est formé d'un réfractaire inerte vis-à-vis du métal fondu et est isolé contre les pertes de chaleur, par des matières assurant une isolation à température élevée. Le cas échéant, l'enceinte peut aussi comprendre des éléments non représentés de chauffage électrique qui assurent la compensation des pertes de chaleur. Le récipient 55 d'affinage comporte un couvercle 56 qui est fixé au récipient 55 de manière hermétique et qui ne laisse ouverte que la rigole 57 d'entrée de métal. Des injecteurs 59 et 60 de gaz qui sont du type décrit en référence à la fig. 1, et les dispositifs moteurs correspondants 61 et 62 sont portés par le couvercle 56. Les références 75 indiquent le gaz inerte pénétrant dans les injecteurs 59 et 60 par les canaux d'entrée correspondants. The refining container or enclosure 55 of FIGS. 4 and 5 is formed of a refractory inert with respect to the molten metal and is insulated against heat loss, by materials ensuring insulation at high temperature. If necessary, the enclosure can also include elements (not shown) of electric heating which compensate for heat losses. The refining container 55 has a cover 56 which is fixed to the container 55 in a hermetic manner and which leaves open only the metal inlet channel 57. Gas injectors 59 and 60 which are of the type described with reference to FIG. 1, and the corresponding motor devices 61 and 62 are carried by the cover 56. The references 75 indicate the inert gas entering the injectors 59 and 60 through the corresponding inlet channels.

Le récipient 55 d'affinage est destiné à être utilisé au cours d'une opération continue, c'est-à-dire que le métal fondu est transmis de façon continue par la rigole 57 au récipient 55, le métal est affiné par agitation continue et injection de gaz par les injecteurs 59 et 60, et le métal affiné est retiré de façon continue du récipient par la rigole 58 de sortie. La fig. 5 indique que le récipient 55 d'affinage a deux zones 63 et 64 d'affinage séparées par une cloison 55. Le métal pénètre d'abord dans la zone 63 dans laquelle il subit une agitation et un barbotage par un gaz inerte transmis par l'injecteur 59. Le métal quitte la zone 63, en partie par débordement au-dessus de la plaque 65, et en partie par circulation par le bas par des canaux 66 formés dans cette plaque 65. Le métal subit un affinage supplémentaire dans la seconde zone 64 dans laquelle il subit de manière analogue, une agitation et un barbotage de gaz inerte transmis par l'injecteur 60. Le métal quitte la zone 64 d'affinage par débordement sur la plaque 67 et pénétration dans la tuyauterie 68. Cette dernière est en matière réfractaire, par exemple de graphite ou de carbure de silicium, et transmet le métal affiné de la zone 64 au puits 69 de sortie par lequel le métal quitte le récipient, au niveau d'une rigole 58. The refining container 55 is intended to be used during a continuous operation, that is to say that the molten metal is transmitted continuously by the channel 57 to the container 55, the metal is refined by continuous stirring and gas injection by the injectors 59 and 60, and the refined metal is withdrawn continuously from the container by the outlet channel 58. Fig. 5 indicates that the refining container 55 has two refining zones 63 and 64 separated by a partition 55. The metal first enters the zone 63 in which it undergoes stirring and sparging by an inert gas transmitted by the injector 59. The metal leaves the zone 63, partly by overflowing above the plate 65, and partly by circulation from below by channels 66 formed in this plate 65. The metal undergoes an additional refining in the second zone 64 in which it is similarly subjected to agitation and a bubbling of inert gas transmitted by the injector 60. The metal leaves the refining zone 64 by overflowing on the plate 67 and entering the piping 68. The latter is in refractory material, for example graphite or silicon carbide, and transmits the refined metal from zone 64 to the outlet well 69 through which the metal leaves the container, at a channel 58.

Le gaz d'affinage introduit dans l'appareil passe dans le métal fondu, se rassemble dans l'espace mort 74 au-dessus du métal et quitte le récipient 55 par la rigole 57 au-dessus du courant de métal fondu entrant et à contre-courant de celui-ci. La pression dans le récipient 55 peut être réglée par un registre 73 articulé dans la rigole 57 d'entrée et réglant la section de passage du gaz dans la rigole 57. Le joint statique formé par le couvercle 56 peut aussi être complété par un joint dynamique, c'est-à-dire par utilisation du récipient 55 d'affinage à une pression légèrement supérieure à la pression ambiante afin que l'air ne puisse pas pénétrer. The refining gas introduced into the device passes into the molten metal, collects in the dead space 74 above the metal and leaves the container 55 via the channel 57 above the incoming stream of molten metal and against -current of it. The pressure in the container 55 can be adjusted by a register 73 articulated in the inlet channel 57 and regulating the gas passage section in the channel 57. The static seal formed by the cover 56 can also be completed by a dynamic seal. , that is to say by using the refining container 55 at a pressure slightly higher than the ambient pressure so that air cannot penetrate.

L'avantage présenté par l'invention est que le réglage du gaz d'affinage nécessaire aux différents métaux peut être facilement réglé et que la vitesse d'affinage peut être adaptée à des débits très variables de coulée. La quantité particulière de gaz d'affinage nécessaire, exprimée de façon générale en volume de gaz à température et pression normales par unité de poids de métal à traiter, est fonction de la composition d'alliage ou de métal et du degré de pureté nécessaire dans le produit terminé. Le débit de métal dans l'appareil d'affinage peut être contrôlé par la vitesse de coulée, c'est-à-dire par la nature des machines de coulée utilisées et par le nombre de lingots coulés simultanément à partir du métal affiné. On considère maintenant un procédé commode de réglage des conditions de fonctionnement de l'appareil utilisé pour la mise en œuvre du procédé de l'invention, suivant l'alliage particulier affiné et la vitesse d'affinage voulue. The advantage presented by the invention is that the adjustment of the refining gas necessary for the different metals can be easily adjusted and that the refining speed can be adapted to very variable casting rates. The particular quantity of refining gas required, expressed generally in volume of gas at normal temperature and pressure per unit of weight of metal to be treated, is a function of the composition of alloy or of metal and of the degree of purity required in the finished product. The flow rate of metal in the refining apparatus can be controlled by the speed of casting, i.e. by the nature of the casting machines used and by the number of ingots cast simultaneously from the refined metal. We now consider a convenient method for adjusting the operating conditions of the apparatus used for implementing the method of the invention, according to the particular refined alloy and the desired refining speed.

Initialement, on calcule le débit de gaz d'affinage par un dispositif d'injection de gaz avec la formule: Initially, the refining gas flow rate is calculated by a gas injection device with the formula:

V=W.C/N V = W.C / N

(1) (1)

dans laquelle V représente le débit du gaz d'affinage dans le dispositif, W représente le débit de métal ou la vitesse d'affinage, C représente la quantité spécifique de gaz d'affinage nécessaire, par masse unitaire de métal, et N représente le nombre de dispositifs d'injection dans l'appareil. in which V represents the flow rate of the refining gas in the device, W represents the flow rate of metal or the speed of refining, C represents the specific quantity of refining gas required, per unit mass of metal, and N represents the number of injection devices in the device.

La quantité spécifique de gaz d'affinage nécessaire C est déterminée expérimentalement ou elle peut être estimée initialement d'après la quantité de gaz utilisée pour l'affinage du métal particulier lors de la mise en œuvre des procédés classiques. The specific quantity of refining gas required C is determined experimentally or it can be estimated initially according to the quantity of gas used for refining the particular metal during the implementation of the conventional methods.

Une fois déterminé le débit de gaz nécessaire dans le dispositif d'injection, la vitesse de rotation du rotor est réglée d'après la formule : Once the gas flow rate required in the injection device has been determined, the rotational speed of the rotor is adjusted according to the formula:

R= (762+ 67315 V+211r2)/d R = (762+ 67315 V + 211r2) / d

(2) (2)

dans laquelle R représente la vitesse de rotation du rotor, en t/mn, V représente le débit de gaz dans le dispositif, calculé d'après la formule I et exprimé par exemple en m3/mn dans les conditions normales, r est le rapport de la plus petite dimension de la section de la zone d'affinage autour du rotor au diamètre du rotor (en unités identiques), cette plus faible dimension de section étant par exemple, dans l'appareil d'affinage de la fig. 5, la plus petite des deux dimensions de la zone 63 indiquées par les flèches 70 et 71, et d est le diamètre du rotor en centimètres. in which R represents the rotational speed of the rotor, in rpm, V represents the gas flow rate in the device, calculated according to formula I and expressed for example in m3 / min under normal conditions, r is the ratio from the smallest dimension of the section of the refining area around the rotor to the diameter of the rotor (in identical units), this smallest section dimension being for example, in the refining apparatus of FIG. 5, the smaller of the two dimensions of the area 63 indicated by the arrows 70 and 71, and d is the diameter of the rotor in centimeters.

Cette formule donne une vitesse approximative de rotation du rotor qui assure une dispersion satisfaisante du gaz d'affinage et une bonne agitation du bain métallique dans la plupart des conditions de fonctionnement. Cette formule indique que la vitesse du rotor doit être augmentée lorsque le débit de gaz d'affinage augmente. Cependant, il faut noter qu'on peut utiliser le dispositif à des vitesses nettement plus faibles que celles qui sont indiquées par cette formule, la vitesse optimale étant fixée essentiellement par le degré d'affinage voulu. This formula gives an approximate speed of rotation of the rotor which ensures satisfactory dispersion of the refining gas and good agitation of the metal bath under most operating conditions. This formula indicates that the rotor speed should be increased as the rate of refining gas increases. However, it should be noted that the device can be used at speeds considerably lower than those indicated by this formula, the optimum speed being fixed essentially by the desired degree of refinement.

5 5

10 10

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

.40 .40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

R R

1 feuille dessins 1 sheet of drawings

Claims

621365621365

1. Procédé d'affinage d'un métal fondu choisi parmi le magnésium, le cuivre, le zinc, Fétain et le plomb, caractérisé en ce qu'on introduit le métal fondu dans une zone d'affinage, on maintient une atmosphère protectrice au-dessus de la surface du métal fondu, à une pression supérieure à la pression atmosphérique afin que l'air ou l'humidité atmosphérique ne puisse pas venir au contact de la matière fondue, on introduit un gaz d'affinage dans la matière fondue, au-dessous de sa surface, on préchauffe le gaz d'affinage avant sa subdivision en bulles de gaz, par dilatation du gaz afin que les bulles ne subissent pratiquement plus de croissance thermique lorsqu'elles se trouvent dans la matière fondue, on subdivise le gaz d'affinage en bulles séparées, on crée une circulation dans le métal fondu telle que les bulles du gaz d'affinage soient transportées en direction sensiblement radiale vers l'extérieur, avec une composante dirigée vers le bas, par rapport à leurs points d'introduction dans la matière fondue, si bien que les bulles de gaz viennent en contact intime avec pratiquement la totalité de la masse du métal fondu dans la zone d'affinage et provoquent l'élimination du gaz dissous et de pratiquement la totalité des impuretés non métalliques de la matière fondue, on évacue le gaz d'affinage usé contenant les gaz dissous libérés par le métal, avec rassemblement d'autres impuretés non métalliques dans une couche de laitier formée à la surface du métal fondu, et on évacue le métal fondu affiné de la zone d'affinage. 1. Process for refining a molten metal chosen from magnesium, copper, zinc, tin and lead, characterized in that the molten metal is introduced into a refining zone, a protective atmosphere is maintained at above the surface of the molten metal, at a pressure higher than atmospheric pressure so that air or atmospheric humidity cannot come into contact with the molten material, a refining gas is introduced into the molten material, below its surface, the refining gas is preheated before its subdivision into gas bubbles, by expansion of the gas so that the bubbles practically no longer undergo thermal growth when they are in the molten material, the refining gas in separate bubbles, a circulation is created in the molten metal such that the bubbles of the refining gas are transported in a substantially radial direction towards the outside, with a component directed downwards, relative to their points of introduction ns the molten material, so that the gas bubbles come into intimate contact with practically all of the mass of the molten metal in the refining zone and cause the elimination of the dissolved gas and of practically all of the non-metallic impurities of the molten material, the spent refining gas containing the dissolved gases released by the metal is removed, with the gathering of other non-metallic impurities in a layer of slag formed on the surface of the molten metal, and the refined molten metal is removed from the refining area.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz d'affinage est choisi parmi l'argon, l'azote et leurs mélanges. 2. Method according to claim 1, characterized in that the refining gas is chosen from argon, nitrogen and their mixtures.

2 2

REVENDICATIONS

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on introduit le gaz d'affinage dans le métal fondu au moyen d'un dispositif d'injection de gaz immergé dans le métal fondu, ce dispositif d'injection comprenant un arbre et un rotor muni d'ailettes et fixé à l'extrémité inférieure de l'arbre, un manchon fixe entourant l'arbre, et un passage destiné à transporter le gaz d'affinage jusque dans le métal fondu, ce passage étant disposé le long du dispositif d'injection, le gaz d'affinage étant introduit dans l'extrémité supérieure dudit passage avec une pression qui • suffit à l'injection du gaz dans la matière fondue et étant préchauffé par contact avec les parois chaudes du passage, le gaz d'affinage préchauffé étant dirigé vers les ailettes du rotor afin d'être subdivisé en bulles séparées. 3. Method according to claim 1, characterized in that the refining gas is introduced into the molten metal by means of a gas injection device immersed in the molten metal, this injection device comprising a shaft and a rotor provided with fins and fixed at the lower end of the shaft, a fixed sleeve surrounding the shaft, and a passage intended to transport the refining gas into the molten metal, this passage being arranged along the injection device, the refining gas being introduced into the upper end of said passage with a pressure which • is sufficient for injecting the gas into the molten material and being preheated by contact with the hot walls of the passage, the gas d the preheated refining being directed towards the fins of the rotor in order to be subdivided into separate bubbles.

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le passage est délimité par la surface externe de l'arbre et la surface interne du manchon fixe. 4. Method according to claim 3, characterized in that the passage is delimited by the external surface of the shaft and the internal surface of the fixed sleeve.

5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le passage est disposé axialement dans l'arbre. 5. Method according to claim 3, characterized in that the passage is arranged axially in the shaft.

6. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le débit du gaz d'affinage est donné par la formule : 6. Method according to claim 3, characterized in that the flow rate of the refining gas is given by the formula:

V=W.C/N V = W.C / N

dans laquelle V représente le débit de gaz dans chaque dispositif d'injection, W représente le débit de métal fondu dans le récipient d'affinage, C représente la quantité spécifique nécessaire de gaz d'affinage, et N représente le nombre de dispositifs d'injection de gaz dans le récipient d'affinage, ces divers paramètres étant exprimés en unités cohérentes. in which V represents the flow of gas in each injection device, W represents the flow of molten metal in the refining vessel, C represents the specific quantity of refining gas required, and N represents the number of devices for injection of gas into the refining vessel, these various parameters being expressed in coherent units.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif d'injection de gaz fonctionne à une vitesse donnée sensiblement par la formule : 7. Method according to claim 6, characterized in that the gas injection device operates at a speed given substantially by the formula:

R=(762 + 67315V+21 lr2)/d dans laquelle R représente la vitesse de rotation du rotor en t/mn, V représente le débit de gaz dans le dispositif d'injection, en m3/mn dans les conditions normales, r est le rapport de la plus petite dimension de la section de la zone d'affinage au diamètre du rotor, en unités cohérentes, et d représente le diamètre du rotor en centimètres. R = (762 + 67315V + 21 lr2) / d in which R represents the rotational speed of the rotor in rpm, V represents the gas flow rate in the injection device, in m3 / min under normal conditions, r is the ratio of the smallest dimension of the section of the refining zone to the diameter of the rotor, in coherent units, and d represents the diameter of the rotor in centimeters.

8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le gaz d'affinage est l'argon. 8. Method according to claim 6, characterized in that the refining gas is argon.

9. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le gaz d'affinage est l'azote. 9. Method according to claim 6, characterized in that the refining gas is nitrogen.

Un métal fondu, avant sa coulée, contient de nombreuses impuretés qui, lorsqu'on ne les retire pas, provoquent des pertes importantes par mise au rebut après coulée, ou donnent une mauvaise qualité au métal des produits formés. Les impuretés les plus nuisibles sont en général les gaz dissous et les particules non métalliques en suspension telles que les oxydes métalliques et les particules réfractaires. A molten metal, before it is cast, contains many impurities which, when they are not removed, cause significant losses by scrapping after casting, or give poor quality to the metal of the products formed. The most harmful impurities are generally dissolved gases and non-metallic particles in suspension such as metallic oxides and refractory particles.